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Applications of Holography to Strongly Coupled Plasmas

Schade, Konrad

German Title: Anwendung des Holographischen Prinzips auf stark gekoppelte Plasmen

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Abstract

This thesis is concerned with the analysis of universal properties of several physical observables in strongly coupled plasmas as they are studied in heavy-ion collisions – for example at the LHC. The focus lies on the energy loss of a uniformly moving and of a rotating quark, the running coupling as defined via the free energy of static quark-antiquark (QQbar)-pairs and the maximum distance (screening distance) of a (QQbar)-pair in the hot plasma. All of them have been computed using the AdS/CFT correspondence. In order to discover a universal behaviour in the observables, computations have been worked out in the free gravity theory in AdS5 space-time which is dual to N=4 supersymmetric Yang–Mills theory as well as in three deformed, non-conformal metric models. Two of these are solutions to Einstein equations derived from a supergravity action. It has been shown that the energy loss of uniformly moving and of rotating quarks is very robust in all deformed models compared to the conformal results. In the case of the running coupling the introduction of deformations leads to a universal increase for larger (QQbar)-distances. This is qualitatively consistent with lattice QCD simulations. For the screening distance a proof has been presented for the conjecture that the conformal N=4T value for the screening distance is a lower bound for small perturbations around the conformal solution. Such a behaviour had been observed before in numerical studies in all of the above-mentioned deformed metric models.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung universeller Eigenschaften mehrerer physikalischer Größen in stark gekoppelten Plasmen, wie sie in relativistischen Schwerionenstreuprozessen – zum Beispiel am LHC – beobachtbar sind. Im Fokus stehen hierbei der Energieverlust eines sich gleichförmig bewegenden sowie eines rotierenden Quarks, die aus der freien Energie eines statischen Quark-Antiquark (QQbar)-Paares extrahierte laufende Kopplung sowie der maximale Bindungsabstand (Screening-Abstand) eines (QQbar)-Paares im Plasma. Diese Observablen wurden mit Hilfe der AdS/CFT Korrespondenz ausgewertet. Für die Untersuchung universeller Eigenschaften wurden neben der zur konformen N=4 supersymmetrischen Yang–Mills Theorie dualen Gravitationstheorie auf der AdS5-Raumzeit auch drei weitere bezüglich AdS5 deformierte, nicht-konforme Metriken analysiert. Zwei von diesen sind zudem Lösungen von supergravitativen Bewegungsgleichungen. Es wurde gezeigt, dass die Energieverluste in allen untersuchten Modellen bei gleichförmiger und rotierender Bewegung des Quarks robust gegenüber Deformationen sind. Bei der laufenden Kopplung zeigte sich bei Deformation des Modells ein universeller Anstieg mit größer werdendem Abstand des (QQbar)-Paares, der mit Ergebnissen aus der Gitter-QCD qualitativ übereinstimmt. Im Falle des maximalen Bindungsabstandes eines (QQbar)-Paares konnte die universelle Eigenschaft, dass die konforme N=4 supersymmetrische Yang–Mills Theorie bezüglich des Screening-Abstands eine untere Schranke darstellt, für kleine Deformationen analytisch gezeigt werden. Dies war zuvor aufgrund numerischer Untersuchungen für alle Deformationen in den oben genannten Modellen vermutet worden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Ewerz, Prof. Dr. Carlo
Date of thesis defense: 11. June 2012
Date Deposited: 15. Jun 2012 08:47
Date: 2012
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute for Theoretical Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Holography , ADSCFT , String theory , gauge/gravity duality , universality
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